巧用低成本物理實驗，實現高效課堂教學

摘要：低成本物理實驗因其取材容易、制作簡單，不受人力、物力、財力等硬性條件的限制而成為一種重要的物理教學手段.本文結合教學實踐，分別從優化課堂導入、突破教學難點、化解經驗誤區等角度出發，例談低成本物理實驗的開發與價值.

關鍵詞：實驗；低成本；導入；難點；誤區

作者簡介：陳燕琴（1984-），女，浙江臺州人，理學碩士，中學一級，研究方向高中低成本物理實驗的開發與研究

低成本物理實驗，因其取材容易、操作簡單、效果明顯、趣味更強，而成為創建高效課堂的重要教學手段.

1優化導入，提升課堂魅力

俗話說，良好的開端是成功的一半.利用低成本物理實驗設計精彩的新課導入，能有效吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣和動力，為實現高效課堂奠定基礎.例如，在必修一《重力 基本相互作用》的新課導入中，可設計如下的低成本實驗.

[方案一]

實驗材料：兩把不銹鋼叉子，一小段胡蘿卜.

實驗設計：教師先試圖向學生展示將胡蘿卜立在食指上，卻總是無法成功的現象.然后，將兩把叉子分別插在胡蘿卜較低的一端（圖1），胡蘿卜就能非常安穩地立在手指上.

注意事項：叉子的位置要盡可能低一些，叉子的重心越低，系統穩定性越高，實驗越容易成功.

[方案二]

實驗材料：兩把相同的不銹鋼叉子，兩根牙簽.

實驗設計：實驗前，教師先通過向學生展示實驗器材，引發學生思考如何用牙簽將兩把叉子穩穩地支撐起來.實驗準備中需先將兩把叉子的叉齒交互咬合且不松動，再將一根牙簽插入齒縫之中，此時，嘗試用手指頂起該牙簽的另一端（圖2a），若能穩穩地撐起叉子而不掉落，則實驗已成功了大半.然后，將此牙簽放在另一根牙簽的尖端上（圖2b），又細又尖的牙簽就穩穩地撐起了叉子.

注意事項：實驗成功的關鍵在于兩把叉子一定要咬合得夠牢固，使之能保持一個固定的形狀而不散架.

上述兩個實驗均采用學生非常熟悉的生活用品展現學生意想不到的實驗結果，以此構建學生的認知沖突，激發學生的好奇心與求知欲，吸引學生更好地投入到后續的學習中來，并為學生更好地認識重心的等效性奠定基礎.利用低成本物理實驗，優化教學導入，實現引人入勝的教學效果.

2突破難點，促進新知落實

據全國中學生調查研究顯示，物理學科的難度排名第一，學生在學習物理過程中所涉及的對物理概念的領悟、物理規律的理解、物理模型的建立、物理情景的想象都促成了物理學習中的諸多難點[1].利用低成本實驗的深入淺出、淺顯易懂，可輕松化解教學過程中出現的各種教學難點.例如，在必修二《曲線運動》一節中，曲線運動的條件是諸多學生尤其是基礎薄弱學生的一大難點.對高一學生而言，曲線運動是一個全新的物理概念，雖然生活中并不陌生，但由于缺乏知識基礎，很難讓學生將生活經驗構建、抽象為清晰的知識概念.傳統的理論分析法往往因為過于抽象且要求學生具有較強的邏輯思維能力而使學生頗感枯燥、難懂.囫圇吞棗地機械式記憶，終難實現學生由表及里的深層次理解而形成清晰的、深刻的本質認識，亦難以激發學生進一步深入學習的興趣和動力.巧用低成本物理實驗實現生活經驗與理論知識的巧妙銜接，不僅能讓學生獲得物理源自生活并服務生活的學科價值體驗，而且能化抽象為形象、化枯燥為有趣，實現難點突破.例如，在突破曲線運動條件這一教學難點時，可設計如下低成本實驗.

實驗材料：一個礦泉水瓶，幾滴墨汁，一把剪刀.

實驗設計：用剪刀分別在礦泉水瓶瓶頸與底端處剪個洞，裝入水并滴上幾滴墨汁，使瓶中的水顏色醒目.引導學生了解流出去的水僅受豎直向下的重力的基礎上，分別展示底端的洞口豎直向下、水平、斜向上、斜向下時水流的形狀（如圖3），逐步引導學生探究曲線運動的條件.

注意事項：礦泉水瓶上下各開一個洞，有助于水能夠順利地流出，兩個洞最好位于瓶子的同一側，方便灌水.實驗中，為使實驗現象更明顯，可用顏色較顯眼的墨水（如黑色、紅色）給礦泉水染色，并配以白紙或白墻等作為實驗背景.

通過實驗的直觀觀察，再附加以現象到本質的理論分析，輕松化解抽象的邏輯思維過程中的學習障礙，讓學生在感受物理趣味的同時，突破教學難點.

3走出誤區，化解學習障礙

物理學是一門以觀察、實驗為基礎的學科，物理知識的形成與生活經驗密切相關，但是一些錯誤的生活經驗亦會對物理學習產生巨大的負面影響而形成不容小覷的學習障礙，例如學生頭腦中存在的前概念、直覺概念、樸素概念及學習中形成的相異概念、錯誤概念等都會對學生的有效學習產生巨大的阻力.巧用低成本實驗的直觀性、真實性能有效引導學生走出經驗誤區，實現高效學習.

例1如圖4所示，在裝滿水的礦泉水瓶底部戳一個小孔，手持瓶子靜止時，有水從小孔噴出，則下列幾種運動中說法正確的是

A.在瓶自由下落至落地前的過程中，水會從小孔噴出

B.在瓶被水平拋出至落地前的過程中，水會從小孔噴出

C.在瓶被斜向上拋出至落地前的過程中，水會從小孔噴出

D.在瓶被豎直向上拋出至落地前的過程中，水均不會從小孔噴出

學生在面臨此題時，雖然已經建立了完全失重的概念，也知道了僅受重力作用的物體會完全失重，但礙于生活中底部有洞的瓶子會漏水的經驗太深刻，對于上述類似的問題，歷屆學生的錯誤率總是非常高，若依然以理論分析的方式解釋此題，恐難以從根本上引導學生走出經驗誤區，實現學習障礙的化解.

實驗材料：一個礦泉水瓶，一把剪刀.

實驗設計：用剪刀分別在礦泉水瓶瓶頸與底部處剪個洞，用手遮住瓶底的洞并使瓶子裝滿水，再向學生展示將遮住瓶底的手移開時水可以非常順利地流出，如此，讓實驗現象與生活經驗順利接軌，并為引導學生從錯誤的前概念出發，走出經驗誤區奠定基礎.教師再用手遮住洞口，并將礦泉水瓶扔往高處，讓學生觀察是否有水柱流出.通過對比礦泉水瓶靜止與斜拋運動時水柱的形成情況，有助于學生理清已有生活經驗與理論分析結果之間的本質差異，從而走出心中疑惑與誤區，構建正確知識體系.

注意事項：創建礦泉水瓶的完全失重狀態，可采取不同的拋體運動方式，但盡可能拋得高一些，以便學生有更多的時間觀察實驗現象.

例2如圖5所示，甲、乙兩人在經過一陣“拉鋸”之后，乙將甲拉了過去.此過程中

A.乙拉甲的力始終大于甲拉乙的力

B.乙拉甲的力始終等于甲拉乙的力

C.“拉鋸”時兩拉力一樣大，之后乙拉甲的力更大

D.“拉鋸”時，有時甲拉乙的力大，有時乙拉甲的力大

此題是必修一《牛頓第三定律》的一道經典習題，雖然學生已經較好地掌握了牛頓第三定律的內容，但礙于生活中獲勝方力氣較大的固有經驗干擾而使錯誤率居高不下.為徹底化解學生心中的疑惑，可設置如下的低成本實驗，

實驗材料：一把帶有輪子的椅子（圖6）.

實驗設計：實驗前，先讓學生推選出班級中力氣最大和最小的學生，再讓力氣大的學生坐在帶輪子的椅子上（圖7），讓雙方進行拔河比賽.教師在學生觀察了實驗結果并有所

啟發的基礎上，分析其中的獲勝技巧，可以達到事半功倍的教學效果.

注意事項：為凸顯實驗效果，需讓力氣較大的同學坐在椅子上，并且雙腳離地，與力氣較小的同學進行拔河比賽.

參考文獻：

[1]許曉穎高中物理教學中突破難點的策略[J]. 教育科學：引文版， 2015（24）：00048-00048.